Teemad:
- Sissejuhatus
- Passiivsed andurid
- Aktiivsed andurid
- Intelligentsed andurid
- Rakendused autotehnoloogias
- Mõõtmine anduritel
- Signaali ülekanne andurilt ECU-sse
- SAADETUD (ühe servaga nibble käigukast)
- Toiteallikas ja signaalitöötlus
Eessõna:
Andurid mõõdavad füüsilisi suurusi ja teisendavad need elektripingeteks. Neid pingeid töödeldakse mikrokontrolleris (ECU) ja loetakse "signaaliks". Signaali saab hinnata pinge taseme või signaali muutumise sageduse järgi.
Passiivsed andurid:
Passiivne andur tuvastab ja mõõdab füüsikalise suuruse ning teisendab selle teiseks füüsikaliseks suuruseks. Selle näiteks on temperatuuri teisendamine a-ks takistuse väärtus. Passiivne andur ei genereeri ise pinget, vaid reageerib ECU-st saadavale võrdluspingele. Passiivne andur ei vaja toimimiseks toitepinget.
Passiivsetel anduritel on tavaliselt kaks või kolm ühendust:
- tugi- või signaalijuhe (sinine);
- maandusjuhe (pruun);
- varjestatud traat (must).
Mõnikord sisaldab passiivne andur ainult ühte juhet: sel juhul toimib anduri korpus maandusena. Kolmas juhe võib olla varjestus. Jope on maandatud ECU kaudu. Varjestatud traati kasutatakse eriti häiretundlike signaalide jaoks, näiteks väntvõlli asendiandurilt ja koputusandurilt.
Passiivse anduri näide on a NTC temperatuuriandur. Võrdluspinget 5 volti kasutatakse pingejagajana ECU ja anduri takisti vahel, mitte anduri toitepingena. Takistite vahelise pinge taseme (olenevalt NTC takistuse väärtusest) loeb ECU ja tõlgib see temperatuuriks. Takistitega vooluringi selgitatakse selle lehe jaotises "Pinge toide ja signaalitöötlus".
Aktiivsed andurid:
Aktiivsed andurid sisaldavad korpuses elektrilist ahelat, mis muudab füüsilise suuruse pinge väärtuseks. Elektriahel vajab töötamiseks sageli stabiliseeritud toitepinget.
Enamikul juhtudel on seda tüüpi anduril kolm ühendust:
- pluss (tavaliselt 5,0 volti);
- mass;
- signaal.
Stabiliseeritud 5 volti toiteallikat toidab juhtseade ja andur kasutab seda analoogsignaali moodustamiseks (vahemikus 0 kuni 5 volti). ECU positiivsed ja maandusjuhtmed on sageli ühendatud mitme anduriga. Seda saab ära tunda sõlmede järgi, millega on ühendatud rohkem kui kaks juhet.
Analoogsignaal teisendatakse ECU-s digitaalsignaaliks.
Lõigus „stoite ja signaalitöötluse panoraamimine” käsitleme seda üksikasjalikumalt.
Intelligentsed andurid:
Intelligentsetel anduritel on tavaliselt kolm ühendust. Nagu aktiivsete andurite puhul, on ka toitejuhe (12 volti ECU-st või otse kaitsme kaudu) ja maandusjuhe (ECU või välise maanduspunkti kaudu. Nutikas andur saadab digitaalse ()LIN buss) teade ECU-le ja teistele anduritele. Siis on ülem-alluv põhimõte.
Anduri sees teisendab A/D-muundur analoogi digitaalsignaaliks.
- Analoog: 0 – 5 volti;
- Digitaalne: 0 või 1.
In het LIN siini signaal retsessiivses seisundis (12 volti) on see 1 ja domineerivas seisundis (0 volti) on see 0.
Rakendused autotehnoloogias:
Autotehnoloogias saame eri tüüpi andureid liigitada järgmiselt:
Passiivsed andurid:
- Koputusandur;
- Väntvõlli asendiandur;
- Temperatuuriandur (NTC/PTC);
- Lambda andur (hüppeandur / tsirkoonium);
- Induktiivne kõrgusandur;
- Lüliti (sisse/välja)
Aktiivsed andurid:
- Väntvõlli/nukkvõlli asendiandur (Hall);
- Õhu massimõõtur;
- Lairiba lambda andur;
- Rõhuandur (laadimisrõhu / turbo rõhuandur);
- ABS-andur (Hall/MRE);
- Kiirendus-/aeglustusandur (YAW);
- Radar/LIDAR andur;
- Ultraheliandur (PDC / alarm);
- Asendiandur (gaasiklapp / EGR / küttekeha ventiil).
Intelligentsed andurid:
- Vihma/valguse andur;
- Kaamerad;
- Rõhuandur;
- Roolinurga andur;
- Aku andur
Mõõtmine anduritel:
Kui andur ei tööta korralikult, märkab juht seda enamikul juhtudel, kuna süttib tõrketuli või midagi ei tööta enam korralikult. Kui mootoriruumis olev andur põhjustab tõrke, võib see kaasa tuua võimsuse kaotuse ja süttida MIL (mootori rikke tuli).
ECU lugemisel võidakse kuvada veakood, kui ECU tuvastab vea. Kuid mitte kõigil juhtudel ei vii veakood otseselt põhjuseni. Asjaolu, et kõnealune andur ei tööta, võib olla defektne, kuid ei saa välistada probleemi juhtmestikus ja/või pistikühendustes.
Samuti on võimalik, et andur annab vale väärtuse, mida ECU ei tuvasta. Sel juhul veakoodi ei salvestata, kuid tehnik peab kasutama reaalajas andmeid (vaata OBD lehte) tuleb otsida mõõdetud väärtusi, mis on kättesaamatud.
Järgmine pilt näitab aktiivse anduri mõõtmist. Anduri toiteallikat (pingete erinevus pluss- ja miinusühendustel) kontrollitakse digitaalse multimeetriga. Mõõtur näitab 5 volti, nii et see on OK.
Signaali pingeid saab mõõta voltmeetri või ostsilloskoobiga. Milline arvesti sobib, sõltub signaali tüübist:
- voltmeeter: peaaegu konstantsed analoogsignaalid;
- ostsilloskoop: analoog- ja digitaalsignaalid (töötsükkel / PWM).
Ühe või mitme mõõtmisega saame näidata, et andur ei tööta korralikult (väljastatav signaal on ebausutav või andur ei anna signaali) või juhtmestikus on probleem.
Passiivsete andurite puhul saab enamikul juhtudel läbi viia takistuse mõõtmise, et kontrollida, kas anduris on sisemine defekt.
Võimalikud probleemid anduri juhtmestikuga võivad hõlmata järgmist:
- katkestus positiivses maandus- või signaalijuhtmes;
- lühis juhtmete või kere vahel;
- üleminekutakistus ühes või mitmes juhtmes;
- halvad pistikühendused.
Lehel: anduri juhtmestiku tõrkeotsing vaatleme seitset võimalikku riket, mis võivad ilmneda andurite juhtmestikus.
Signaali edastamine andurist ECU-sse:
Andurilt ECU-sse signaalide edastamiseks on mitu meetodit. Autotehnoloogias võime tegeleda järgmiste signaalitüüpidega:
- amplituudmodulatsioon (AM); pinge tase annab teavet;
- sagedusmodulatsioon (FM); signaali sagedus annab teavet;
- impulsi laiuse modulatsioon (PWM); ploki pinge ajaline kõikumine (töötsükkel) annab teavet.
Järgmised kolm näidet näitavad erinevate signaalitüüpide ulatussignaale.
Amplituudi modulatsioon:
AM-signaali korral edastab pinge tase teavet. Joonisel on kujutatud kaks pinget drosselklapi asendianduritelt. Töökindluse tagamiseks peavad pingekõverad olema üksteise suhtes peegeldatud.
Stress puhkeolekus:
- Sinine: 700 mV;
- Punane: 4,3 volti.
Umbes 0,25 sekundit pärast mõõtmise alustamist vajutatakse aeglaselt gaasipedaali ja drosselklapp avaneb 75%.
2,0 sek. gaasipedaal vabastatakse ja 3,0 sek. antakse täisgaas.
Täisgaasi pinged:
- Sinine: 4,3 volti;
- Punane: 700 mV.
Sagedusmodulatsioon:
Anduritega, mis saadavad FM-signaali, signaali amplituud (kõrgus) ei muutu. Ploki pinge laius edastab teavet. Järgmisel pildil on näha ABS-anduri (saal) signaal. Mõõtmise ajal keerati ratast. Suurema pöörlemiskiiruse korral signaali sagedus suureneb.
Pingeerinevus on tingitud magnetvälja muutumisest magnetrõngas, mis on sisse ehitatud rattalaagrisse. Kõrguse erinevus (madal: magnetväli, kõrge: magnetväli puudub) on vaid 300 mV. Kui ulatus on valesti reguleeritud (pingevahemik 0 kuni 20 volti), on blokeerimissignaal vaevu nähtav. Sel põhjusel on skaala reguleeritud nii, et plokksignaal muutub nähtavaks, mille tulemusena on signaal vähem puhas.
Impulsi laiuse modulatsioon:
PWM-signaali korral muutub kõrge ja madala pinge suhe, kuid perioodi aeg jääb samaks. Seda ei tohiks segi ajada FM-signaalis oleva nelinurkse pingega: muutub sagedus ja seega ka perioodiaeg.
Järgmisel kahel pildil on näha õhukonditsioneeri torus oleva kõrgsurveanduri PWM-signaale. See andur mõõdab külmutusagensi rõhku kliimaseadmes.
Olukord mõõtmise ajal:
- Süüde sisse lülitatud (andur saab toitepinge);
- Kliimaseade välja lülitatud;
- Diagnostikaseadmetega loetud jahutuskeskkonna rõhk: 5 baari.
Järgmisel pildil näeme, et perioodi aeg on jäänud samaks, kuid töötsükkel on muutunud.
Olukord mõõtmise ajal:
- Kliimaseade sisse lülitatud;
- Kõrgrõhk on tõusnud 20 baarini;
- Töötsükkel on nüüd 70%
Analoogandurid võivad saata signaali AM kaudu. Selline pingesignaal on pingekadude suhtes tundlik. Juhtme või pistiku üleminekutakistus põhjustab pingekadu ja seega ka signaali madalamat pinget. ECU võtab vastu madalama pinge ja kasutab signaali töötlemiseks. See võib põhjustada talitlushäireid, kuna mitu anduri väärtust ei vasta enam üksteisele, mille tulemuseks on:
- Kaks välisõhu temperatuuriandurit, mis mõõdavad samaaegselt erinevat temperatuuri. Kuigi väike veapiir on vastuvõetav ja ECU võib vastu võtta keskmise väärtuse, võib liiga suur erinevus põhjustada veakoodi. ECU tunneb ära kahe temperatuurianduri vahelise kõrvalekalde.
- vale sissepritse kestus, kuna MAP-anduri signaal on liiga madal ja ECU tõlgendab seetõttu mootori valet koormust. Sel juhul on kütuse sissepritse liiga pikk või lühike ning kütuse trimmid korrigeerivad segu lambdaanduri signaali põhjal.
Pingekadu ei mängi PWM-signaalis ja/või SENT-signaalis rolli. Tõusvate ja langevate servade suhe on signaali mõõt. Pinge tase ei oma tähtsust. Töötsükkel võib olla 40% pingel, mis varieerub vahemikus 0 kuni 12 volti, kuid suhe on siiski 40%, kui toitepinge langeb 9 voltini.
SAADETUD (ühe servaga nibble käigukast)
Eespool mainitud andurite signaalid on olnud reisi- ja tarbesõidukites levinud nimetus juba aastaid. Uuemates mudelites näeme üha enam andureid, mis kasutavad SENT-protokolli. See andur näeb nii tegelikkuses kui ka diagrammil välja nagu tavaline aktiivne andur.
Passiivsete ja aktiivsete andurite puhul toimub infoedastus kahe juhtme kaudu. Näiteks MAP anduri puhul: üks NTC anduri ja ECU vahel ning teine rõhuanduri ja ECU vahel. SENT-anduri andurite elektroonika suudab kombineerida teabe edastamist mitmelt andurilt, vähendades signaalijuhtmete arvu. Samuti ei mõjuta signaali ülekannet pingekadu üle signaaljuhtme, nagu ka PWM signaali puhul.
SENT-protokolli kasutaval anduril, nagu analoog- või digitaalsignaali saatval aktiivsel anduril, on kolm juhet:
- Toitepinge (sageli 5 volti)
- Signaal
- Pasta.
SEND-protokolliga andurid saadavad signaali “väljundina”. Seega puudub kahesuunaline side, nagu näiteks andurite vahelisel LIN siini side puhul.
Parempoolsel skeemil näeme VW Passati (ehitatud 505. aastal) diferentsiaalrõhuandurit (G2022). Diagrammil näeme tavalisi toiteallika (5v), maanduse (GND) ja signaali (SIG) tähiseid. See rõhuandur teisendab rõhu digitaalseks SENT-signaaliks ja saadab selle mootori ECU pistiku T53 kontaktile 60.
Ülaltoodud näites olev diferentsiaalrõhuandur saadab SENT-protokolli kaudu signaalijuhtme kaudu ainult ühe signaali. SENT abil saab ühe signaalijuhtmega ühendada mitu andurit. Seda saab rakendada muuhulgas MAP andurile (õhurõhk ja õhutemperatuur) ning õlitaseme ja kvaliteediandurile.
Järgmisel pildil näeme põlemismootori õlivannile paigaldatud õlitaseme ja kvaliteediandurit. Mõlemad mõõteelemendid asuvad mootoriõlis.
Andur on varustatud 12-voldise pingega, saab maanduse ECU kaudu ja saadab signaali ECU-sse kasutades SENT.
Korpuses asuv mikrokontroller digiteerib teate (vt joonisel “digitaalloogika”), milles SENT signaalis sisaldub nii õli temperatuur kui ka õlitase.
Allpool vaatleme SENT signaali struktuuri.
SENT-signaal koosneb näpunäidete seeriast (neljabitistest rühmadest), mis edastavad teavet, saates pingeid vahemikus 0 kuni 5 volti. Siin on SENT-signaali konstrueerimise lühikirjeldus. Sõnumi struktuuri pilt on näidatud allpool.
- Sünkroonimis-/kalibreerimisimpulss: see on sageli sõnumi algus. See impulss võimaldab vastuvõtjal tuvastada sõnumi algust ja sünkroonida kella ajastust;
- Staatus: see osa näitab saadetud teabe seisukorda, näiteks kas andmed on õiged või on nendega probleeme;
- Sõnum Start Nibble (MSN): see on esimene näksimine ja näitab SAADETUD sõnumi algust. See sisaldab teavet sõnumi allika ja andmeedastuse aja kohta.
- Sõnumi identifikaator (MidN): see näpunäide järgib MSN-i ja sisaldab teavet sõnumi tüübi, sõnumi oleku ja veatuvastuse või veaparandusteabe kohta.
- Data Nibbles: pärast MidN-i järgneb üks või mitu andmeplokki, millest igaüks koosneb neljast andmeplokist. Need andmeplokid kannavad tegelikke saadetavaid andmeid. Need sisaldavad sellist teavet nagu anduri andmed, olekuteave või muud kasulikud andmed.
- Tsükliline koondamise kontroll (CRC): Mõnel juhul võib vea tuvastamise hõlbustamiseks lisada sõnumi lõppu CRC-näidiku. CRC näpunäidet kasutatakse selleks, et kontrollida, kas vastuvõetud andmed on õigesti vastu võetud.
SENT-signaali iga näksimise väärtus võib olla vahemikus 0 kuni 15, olenevalt sellest, kui palju puuke on 5 volti. Alloleval pildil on näha SENT-protokolli struktuur.
'Nibble'i rühmad' saadetakse numbriliselt vahemikus 0000 kuni 1111 kahendvormingus. Iga näpunäide tähistab väärtust vahemikus 0 kuni maksimaalselt 15 ja need on esitatud binaarselt järgmiselt: 0000b kuni 1111b ja kuueteistkümnendsüsteemis 0 kuni F. Need digiteeritud näpunäited sisaldavad anduri väärtusi ja saadetakse ECU-sse.
Selle näksimise teabe saatmiseks kasutatakse puuke või arvuti linnukesi. Kella linnuke näitab, kui kiiresti andmeid saadetakse. Enamikul juhtudel on kella tiksumine 3 mikrosekundit (3 μs) kuni maksimaalselt 90 μs.
Esimesel juhul tähendab see, et iga 3 mikrosekundi järel saadetakse uus näksimisrühm.
Teade algab 56-puudutusega sünkroonimis-/kalibreerimisimpulsiga. Mõlema signaali jaoks: signaal 1 ja signaal 2, saadetakse kolm näpunäidet, mille tulemuseks on 2 x 12 biti teabejada. CRC järgib neid signaale
(Cyclic Redundancy Check) kontrollimiseks, mis võimaldab adressaadil kontrollida saadud andmete õigsust.
Lõpuks lisatakse pausiimpulss, mis märgib adressaadile selgelt sõnumi lõppu.
Allolevad skoobi kujutised (salvestatud PicoScope Automotive'iga) näitavad mitme sõnumi mõõtmisi (vasakul) ja ühe sõnumi suumimist (paremal). Suumitud teates on punaselt näidatud, kus signaal algab ja lõpeb. Kui tingimused muutuvad: rõhk ja/või temperatuur tõuseb, muutub puukide arv ühes või mitmes näksimises. Puukide muutus on nähtav alloleval pildil ühe või mitme pingega, mis varieeruvad vahemikus 0 kuni 5 volti. Pulss võib muutuda laiemaks või kitsamaks. Tegelikku teavet saab dekodeerida Picoscope'i tarkvaraga.
Elektridiagnostika korral saame sõnumi uurimiseks kasutada Picoscope'i tarkvara, kuid enamasti keskendume sellele, et sõnumivoo oleks puhas ja müravaba ning kas anduri toitepinge (5 volti) ja maandus on sees. korras olla.
Toiteallikas ja signaalitöötlus:
Esimestes lõikudes arutati, kas toitepinget on või mitte. Selles jaotises käsitleme ECU põhikomponente, mis vastutavad vastava anduri pingevarustuse ja signaalitöötluse eest. Põhjalike diagrammide viigunumbrid on samad, mis eelmistes lõikudes: ECU tihvtid 35 ja 36 on ühendatud passiivse anduri kontaktidega 1 ja 2 jne.
Esimesel pildil näeme a NTC temperatuuriandur. ECU kontakti 35 võrdluspinge (Uref) saadakse pinge stabilisaatorist 78L05. Pinge stabilisaator annab 5-voldise pinge rongisisese pingega 6-16 volti.
Takisti R (fikseeritud takistuse väärtus) ja RNTC (temperatuurist sõltuv takistus) moodustavad koos jadaahela ja ka pingejaguri. Analoog-digitaalmuundur (ADC) mõõdab pinget kahe takisti vahel (analoog), teisendab selle digitaalseks signaaliks ja saadab selle mikroprotsessorile (µP).
Multimeetriga saate mõõta pinget ECU viil 35 või anduri viil 1.
Lehel teemal temperatuuriandur Lisaks mõnele hea signaali edastamise mõõtmisele on näidatud juhtmestiku rikke mõõtmisvõtted.
Teine pilt näitab aktiivse vooluringi MAP sensor kuvada.
Stabiliseeritud toitepinge 5 volti jõuab nn.Wheatstone'i sild“, mis sisaldab mitmeid fikseeritud (R1, R2, R3) ja muutuvat takistit (Rp).
Resistentsuse väärtus Rp sõltub rõhust sisselaskekollektoris. Ka siin on tegemist pingejaguriga. Takistuse muutus põhjustab pingemuutusi, mis põhjustab silla tasakaalustamatust. Wheatstone'i sillas tekkiv pingeerinevus muundatakse võimendis/filtris pingeks, mille väärtus jääb vahemikku 0,5–4,5 volti. Analoogsignaali digiteerimine toimub analoog-digitaalmuunduris (ADC). ADC saadab digitaalse signaali mikroprotsessorile.
ADC eraldusvõime on enamikul juhtudel 10 bitti, mis on jagatud 1024 võimaliku väärtuse peale. 5-voldise pinge korral on iga samm ligikaudu 5 mV.
ECU sisemine vooluahel sisaldab ühte või mitut passiivset ja aktiivset andurit takistid sisaldub toiteallika ja signaali ahelates. NTC ahela takistust nimetatakse ka "bias takisti” ja on pingejaguri jaoks. MAP-anduri ECU ahelas olevate takistite R1 ja R2 eesmärk on lasta väikesel voolul liikuda plussist maasse.
Ilma nende takistiteta toimuks signaalijuhtme või anduri pistiku eemaldamisel nn "ujuv mõõtmine". Sellistel juhtudel tagab takistitega vooluahel, et ADC-sisendi pinge suurendatakse ligikaudu 5 voltini (miinus takisti R1 pinge). ADC teisendab analoogpinge digitaalseks väärtuseks 255 (kümnendsüsteem), st FF (kuueteistkümnendsüsteem) ja saadab selle mikroprotsessorile.
Takisti R1 (madal oomiline) läbib väga väike vool. Esineb väike pingelangus vahemikus 10–100 mV. Võib juhtuda, et rakendatav pinge on mõne kümnendiku võrra suurem kui 5 volti; Pingestabilisaatori 78L05 maandusühenduse ja ECU maanduse vahel on madala takistusega takisti (ülaloleval diagrammil pruun juhe). Pingelang sellel takistil võib olla näiteks 0,1 volti. Pinge stabilisaator näeb oma maandusühendust tegeliku 0 voltina, seega tõstab see väljundpinget (punast juhet) 0,1 volti. Sellisel juhul ei ole anduri plussile väljundpinge 5,0, vaid 5,1 volti.
Nutikas andur saab ECU-lt 12-voldise pinge. Nii nagu aktiivne andur, sisaldab ka intelligentne andur Wheatstone'i silda ja võimendit/filtrit. Võimendi analoogpinge saadetakse LIN-liidesesse (LIN-IC).
LIN-liides genereerib digitaalse LIN-siini signaali. Signaal varieerub vahemikus 12 volti (retsessiivne) kuni ligikaudu 0 volti (domineeriv). Andur kasutab seda LIN-siini signaali suhtlemiseks teiste alamseadmetega (tavaliselt andurid ja täiturmehhanismid) ja ülemseadmega (juhtseade).
Anduri viigu 3 ja ECU viigu 64 vahelisel juhtmel on ülem- ja teiste alamseadmete harud.
Lisateabe saamiseks vaadake lehte LIN buss.
